CN102581415B - 利用泡壁摩擦去除界面氧化膜钎焊泡沫铝与铝板的方法 - Google Patents
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Abstract
利用泡壁摩擦去除界面氧化膜钎焊泡沫铝与铝板的方法，它涉及一种钎焊领域的焊接方法，以解决现有泡沫铝与铝板复合采用直接钎焊，钎料不润湿和氧化膜难去除，导致泡沫铝和铝板接头强度低的问题。方法：一、将泡沫铝板和致密铝板清洗并烘干；二、对泡沫铝板加热，将棒状钎料在泡沫铝板的待焊接面上往复滑动，使钎料涂覆在待焊泡沫铝板的表面；三、将泡沫铝板与致密铝板的待焊端面对接，加热使对接面上的钎料熔化；四、将泡沫铝板在待焊接界面处往复滑动5次～15次，同时在垂直于焊接面的方向施加压力；五、停止滑动摩擦，再次加压，保温后冷却，实现泡沫铝和致密铝板的钎焊界面连接。本发明用于泡沫铝与铝板的焊接。
Description
技术领域
本发明涉及一种钎焊领域的焊接方法，尤其是一种利用泡沫铝凸凹表面摩擦去除氧化膜钎焊泡沫铝与铝板的方法。
背景技术
泡沫铝是类似泡沫状的超轻金属材料，是一种集多种性能于一身的新型材料。由于其特殊的多孔结构，密度只有金属铝的0.1～0.5倍，但其抗弯比刚度却可达到钢的1.5倍，阻尼性能可达到金属铝的5～10倍。此外泡沫铝还具有良好的声学性能、优良的电磁屏蔽性能以及优异的热学性能。因此，泡沫铝在交通、微电子、海洋采油、航空航天、生物、医疗、建筑等高科技及高技术领域中有着重要的意义，尤其值得指出的是，多孔金属材料和结构在高能耗装备，如汽车、高速列车、航空航天器、轮船等领域得到广泛应用，泡沫铝的应用不仅会大幅度降低对常规能源的需求，同时也可以减少环境污染。
泡沫铝作为结构件通常都要与传统的致密金属组成复合构件使用，如板、柱或形状复杂的空心金属构件，这样才能实现在一定载荷下的最佳力学性能，同时也有利于将泡沫铝“隐藏”在封闭、致密的构件内，并起到一定的抗腐蚀保护作用。以泡沫铝为芯层，以铝板作为面板层的泡沫铝夹芯结构复合板是这种复合材料的典型代表。
目前，实现泡沫铝与铝板复合的方法主要采用超声波固相焊接压力焊、熔化焊、直接钎焊等方法，超声波固相焊接压力焊的方法，易造成泡沫铝泡孔的坍塌和孔隙率的降低，从而降低泡沫铝的性能，目前压力焊的方法仅局限于孔隙率不高的泡沫铝的连接。采用熔化焊的方法如TIG、MIG、激光焊等，由于泡沫铝特殊的热学性能，即使加热到1400℃也不熔化，而铝及其铝合金的熔化温度范围为560～700℃，同时熔化焊的方法还会造成孔隙率的降低。采用直接钎焊的方法，虽然能够避免泡沫铝泡孔的坍塌、提高孔隙率；但是，在泡沫铝和铝板表面由于氧化膜的存在，钎料很难润湿，且去除氧化膜较困难，泡沫铝和铝板的完全结合很难实现，导致泡沫铝和铝板接头强度较低，一定程度上限制了钎焊方法在泡沫铝与铝板焊接中的应用。
发明内容
本发明的目的是为解决现有泡沫铝与铝板复合采用直接钎焊的方法，存在钎料不润湿和氧化膜难去除，导致泡沫铝和铝板接头强度较低的问题，提供一种利用泡壁摩擦去除界面氧化膜钎焊泡沫铝与铝板的方法。
本发明的方法是通过以下步骤实现的：
步骤一、将泡沫铝板和致密铝板清洗干净并烘干；
步骤二、对泡沫铝板整体进行加热至350℃～460℃之间，利用棒状Zn-Al-Cu钎料在泡沫铝板的待焊接面上往复滑动，使熔化的钎料均匀地涂覆在待焊的泡沫铝板的表面，自然冷却至室温；
步骤三、将致密铝板焊件装卡在固定卡具上，将已涂覆钎料的泡沫铝板焊件装卡在可滑动卡具上，并将泡沫铝板涂覆钎料的端面与致密铝板的端面对接，加热使对接面上的钎料达到熔化状态；
步骤四、钎料熔化后，将滑动卡具夹持的泡沫铝板在待焊接界面处往复滑动摩擦次～15次，同时在垂直于焊接面的方向施加压力，压力为1kPa～8kPa，且温度保持在350℃～460℃之间；
步骤五、停止泡沫铝板与致密铝板的相对滑动摩擦，并使泡沫铝板与致密铝板的焊接面对齐，再次加压，压力为2kPa～12kPa，保温2分钟～5分钟后自然冷却至室温，实现泡沫铝和致密铝板的冶金结合钎焊界面连接。
本发明具有以下优点：一、本发明利用泡沫铝表面凸凹不同的特点，采用泡沫铝板与铝板间的相互摩擦，去除界面处的氧化膜，并促进钎料的润湿和铺展，火焰钎焊获得泡沫铝板与铝板间的冶金结合。由于泡沫铝表面泡壁具有凸凹不平的特点，在压力和热存在的情况下，相对滑动的泡沫铝和铝板间发生摩擦，从而去除泡沫铝和铝板表面的氧化膜，促进熔融钎料的润湿和铺展以及与铝母材的相互反应，形成连续致密的焊缝和冶金连接。二、焊接表面无须特殊清理，焊接周期短，高效，成本低，易于实现自动化。
附图说明
图1是具体实施方式一中的步骤二中利用棒状Zn-Al-Cu钎料在泡沫铝板2的待焊接面上往复滑动的工艺状态图（图中1为棒状钎料）；图2是具体实施方式一中的步骤二中熔化的钎料均匀地涂覆在泡沫铝待焊表面的工艺状态图（图中4为涂覆钎料）；图3是具体实施方式一中的步骤三、四中可滑动卡具夹持的泡沫铝板2在待焊接界面处往复滑动摩擦和对焊接面施加垂直的压力的工艺状态图；图4是具体实施方式一中的步骤五中泡沫铝板2与致密铝板3的待焊接面对齐，并再次加压的工艺状态图；图5是泡沫铝板2与致密铝板3之间实现可靠的冶金结合的钎焊界面效果图（图中7为焊缝）。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1～图5说明本实施方式，本实施方式是通过以下步骤实现的：
步骤一、将泡沫铝板2和致密铝板3清洗干净并烘干；
步骤二、对泡沫铝板2整体进行加热至钎料熔点以上，即350℃～460℃之间，利用棒状Zn-Al-Cu钎料在泡沫铝板2的待焊接面上往复滑动，见图1，使熔化的钎料均匀地涂覆在待焊的泡沫铝板2的表面，见图2，自然冷却至室温（20℃～25℃）；
步骤三、将致密铝板3焊件装卡在固定卡具6上，将已涂覆钎料的泡沫铝板2焊件装卡在滑动卡具5上，并将泡沫铝板2涂覆钎料的端面与致密铝板3的端面对接，加热使对接面上的钎料达到熔化状态，见图3；
步骤四、钎料熔化后，将滑动卡具夹持的泡沫铝板2在待焊接界面处往复滑动摩擦5次～15次，以去除对接界面上的氧化膜，同时在垂直于焊接面的方向施加压力，压力为1kPa～8kPa，上述范围内不会造成泡沫铝泡壁坍塌，且温度保持在钎料熔点以上，即350℃～460℃之间，泡沫铝板与致密金属铝板间待焊接表面的氧化膜在热和力的作用下，利用泡沫铝板凸凹表面与铝板的相互摩擦去除氧化膜，并促进了钎料的铺展，见图3；
步骤五、停止泡沫铝板2与致密铝板3的相对滑动摩擦，并使泡沫铝板2与致密铝板3的焊接面对齐，再次加压，压力为2kPa～12kPa，压力在上述范围内不会造成泡沫铝泡壁坍塌，见图4，保温2分钟～5分钟后自然冷却至室温（20℃～25℃），实现泡沫铝2和致密铝板3的冶金结合钎焊界面连接，见图5。
具体实施方式二：本实施方式的步骤一中的加热温度为400℃～430℃。其它步骤与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式的步骤二中对泡沫铝板2整体进行加热的方式采用丙烷火焰或氧乙炔焰。其它步骤与具体实施方式一相同。
具体实施方式四：本实施方式的步骤三中对泡沫铝板2与致密铝板3对接面的加热方式采用丙烷火焰或氧乙炔焰。其它步骤与具体实施方式一相同。
Claims (3)
1.一种利用泡壁摩擦去除界面氧化膜钎焊泡沫铝与铝板的方法，其特征在于：所述方法是通过以下步骤实现的：
步骤一、将泡沫铝板（2）和致密铝板（3）清洗干净并烘干；
步骤二、对泡沫铝板（2）整体进行加热至350℃～460℃之间，利用棒状Zn-Al-Cu钎料在泡沫铝板（2）的待焊接面上往复滑动，使熔化的钎料均匀地涂覆在待焊的泡沫铝板（2）的表面，自然冷却至室温；
步骤三、将致密铝板（3）焊件装卡在固定卡具上，将已涂覆钎料的泡沫铝板（2）焊件装卡在可滑动卡具上，并将泡沫铝板（2）涂覆钎料的端面与致密铝板（3）的端面对接，加热使对接面上的钎料达到熔化状态；
步骤四、钎料熔化后，将滑动卡具夹持的泡沫铝板（2）在待焊接界面处往复滑动摩擦5次～15次，同时在垂直于焊接面的方向施加压力，压力为1kPa～8kPa，且温度保持在350℃～460℃之间；
步骤五、停止泡沫铝板（2）与致密铝板（3）的相对滑动摩擦，并使泡沫铝板（2）与致密铝板（3）的焊接面对齐，再次加压，压力为2kPa～12kPa，保温2分钟～5分钟后自然冷却至室温，实现泡沫铝（2）和致密铝板（3）的冶金结合钎焊界面连接。
2.根据权利要求1所述利用泡壁摩擦去除界面氧化膜钎焊泡沫铝与铝板的方法，其特征在于：步骤二中对泡沫铝板（2）整体进行加热的方式采用丙烷火焰或氧乙炔焰。
3.根据权利要求1或2所述利用泡壁摩擦去除界面氧化膜钎焊泡沫铝与铝板的方法，其特征在于：步骤三中对泡沫铝板（2）与致密铝板（3）对接面的加热方式采用丙烷火焰或氧乙炔焰。
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